一种抗烟嘧磺隆相关蛋白及其编码基因与应用

本发明属于基因工程育种，具体涉及一种抗烟嘧磺隆相关蛋白及其编码基因与应用。

背景技术：

1、杂草作为农业中有害生物之一，是影响农作物高产稳产的重要因素。近年来，我国玉米种植面积不断增加，已经成为我国种植面积最大的谷类作物。随着玉米种植面积的增加，除草剂也已成为玉米田杂草防除中不可缺少的部分，尤其是玉米田防除禾本科杂草的除草剂的使用对玉米生产至关重要。烟嘧磺隆是玉米田防除禾本科杂草的最主要除草剂，随着玉米种植面积的增加，烟嘧磺隆的使用面积和用量也逐年增大。在我国，由于农民施药技术水平低，喷洒器械落后等原因，造成了除草剂应用剂量过大，土壤中除草剂残留积累过多严重影响到后茬作物的轮作，同时也造成了田间杂草对除草剂的抗药性逐年增加的累积效应，抗性杂草的种类和数量逐年增加，给农业生产造成严重损失，并严重影响了我国农业种植业结构的调整。目前，烟嘧磺隆在我国玉米田已经应用了超过30年，已有研究报道了近年来烟嘧磺隆对玉米田马唐、野黍、稗草等禾本科杂草的防效逐年下降，杂草对烟嘧磺隆的抗性水平和数量也在增加，同时杂草抗性的增强导致了烟嘧磺隆用量的增加，会给后茬大豆、甜菜等作物的种植造成不同程度的药害，并已成为一个亟待解决的生产问题和环保问题。

2、除草剂靶标基因突变往往是杂草对除草剂产生抗性的主要原因，关键位点的氨基酸变化会造成除草剂分子与作用靶标蛋白难以结合或完全不能结合，导致除草剂对杂草防除效果不理想或者完全没有防效，这种现象在单一作用靶标的除草剂上表现尤为突出，如als抑制剂，磺酰脲类、咪唑啉酮类、磺酰胺类等。随着现代生物技术的快速发展，组学技术、测序技术和基因编辑技术等均得到广泛应用。杂草对除草剂的抗性机理也逐渐被阐明，一些抗性基因也逐渐发现和应用，已经引起了农业领域的重大变革。利用优良的外源抗性基因导入植物体中并进行表达，培育抗除草剂特性的种质资源已成为作物育种的有效手段，给作物抗性育种带来了革命性的变化。因此，挖掘优良的抗除草剂基因，并利用生物工程技术将其应用于作物育种、除草剂化合物的开发及抗性杂草监测和综合治理等方面，有助于优质基因资源的充分利用、除草剂的合理使用及农田生产的高效管控。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：如何挖掘抗性基因，培育抗除草剂的植物。

2、为解决上述技术问题，第一个方面，本发明提供蛋白质，所述蛋白为下述中的任一种：

3、p1)、氨基酸序列是seq id no.6所示的蛋白质；

4、p2)、氨基酸序列是seq id no.5所示的蛋白质；

5、p3)、与p1)或p2)所示的氨基酸序列经过一个以上氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与p1)或p2)所示的蛋白质具有80％以上的同一性且与植物乙酰乳酸合成酶(als)相关的蛋白质；

6、p4)、在p1)-p3)中的n端和/或c端连接标签得到的融合蛋白质。

7、进一步地，上述的蛋白质来源于野黍。

8、其中，seq id no.5和seq id no.6分别由639个氨基酸残基组成。

9、上述蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。

10、所述蛋白标签(protein-tag)是指利用dna体外重组技术，与目的蛋白一起融合表达的一种多肽或者蛋白，以便于目的蛋白的表达、检测、示踪和/或纯化。所述蛋白标签可为flag蛋白标签、his蛋白标签、mbp蛋白标签、ha蛋白标签、myc蛋白标签、gst蛋白标签和/或sumo蛋白标签等。

11、为解决上述技术问题，第二个方面，本发明提供与上述蛋白质相关的生物材料，所述生物材料为下述中的任一种：

12、b1)、编码上述蛋白质的核酸分子；

13、b2)、含有b1)所述核酸分子的表达盒；

14、b3)、含有b1)所述核酸分子的重组载体、或含有b2)所述表达盒的重组载体；

15、b4)、含有b1)所述核酸分子的重组微生物、或含有b2)所述表达盒的重组微生物、或含有b3)所述重组载体的重组微生物；

16、b5)、含有b1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有b2)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有b3)所述重组载体的转基因植物细胞系；

17、b6)、含有b1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有b2)所述表达盒的转基因植物组织、或含有b3)所述重组载体的转基因植物组织；

18、b7)、含有b1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有b2)所述表达盒的转基因植物器官、或含有b3)所述重组载体的转基因植物器官。

19、进一步地，上述的生物材料中，b1)所述核酸分子为如下b1)至b3)任一项所示的dna分子：

20、b1)、编码链的编码序列是seq id no.3所示的dna分子；

21、b2)、编码链的编码序列是seq id no.2所示的dna分子；

22、b3)、与b1)或b2)限定的核苷酸序列具有80％或80％以上同一性，且编码上述蛋白质的dna分子。

23、本发明中，同一性是指氨基酸序列或核苷酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列的同一性，如ncbi主页网站的blast网页。例如，可在高级blast2.1中，通过使用blastp作为程序，将expect值设置为10，将所有filter设置为off，使用blosum62作为matrix，将gap existence cost，per r esidue gap cost和lambdaratio分别设置为11，1和0.85(缺省值)并进行检索一对氨基酸序列的同一性进行计算，然后即可获得同一性的值(％)。

24、本发明中，所述80％以上的同一性可为至少80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同一性。

25、为解决上述技术问题，第三个方面，本发明提供蛋白质或调控所述蛋白质编码基因表达的物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质的应用，所述应用为下述任一种：

26、a1)、蛋白质或调控所述蛋白质编码基因表达的物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在调控植物或微生物烟嘧磺隆抗性中的应用；

27、a2)、蛋白质或调控所述蛋白质编码基因表达的物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在制备调控植物或微生物烟嘧磺隆抗性的产品中的应用；

28、a3)、蛋白质或调控所述蛋白质编码基因表达的物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在培育抗烟嘧磺隆植物或微生物中的应用；

29、a4)、蛋白质或调控所述蛋白质编码基因表达的物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在制备培育抗烟嘧磺隆植物或微生物的产品中的应用；

30、a5)、蛋白质或调控所述蛋白质编码基因表达的物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质在植物或微生物育种中的应用；

31、所述蛋白质为上述的蛋白质；

32、所述调控所述蛋白质编码基因表达的物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质可为上述的生物材料。

33、进一步地，上述的应用中，所述调控所述蛋白质编码基因表达的物质或调控所述蛋白质活性或含量的物质为提高或上调所述蛋白质编码基因表达的物质或提高或上调所述蛋白质活性或含量的物质，所述调控植物或微生物烟嘧磺隆抗性为提高所述植物或微生物的烟嘧磺隆抗性。

34、为解决上述技术问题，第四个方面，本发明提供一种调控植物或微生物抗逆性的方法，所述方法包括通过调控上述蛋白质的编码基因的表达或调控上述蛋白质的活性或含量，来调控植物或微生物的烟嘧磺隆抗性。

35、进一步地，上述的方法中，所述方法包括向受体植物或微生物中导入上述生物材料中b1)所述的编码基因，促进或提高上述蛋白编码基因的表达或上述蛋白活性或含量，得到烟嘧磺隆抗性高于所述受体植物或微生物的目的植物或微生物。

36、为解决上述技术问题，第五个方面，本发明提供一种培育抗烟嘧磺隆的植物或微生物的方法，包括上调或促进或提高目的植物或微生物中上述蛋白质的编码基因的表达量，得到烟嘧磺隆抗性提高的植物或微生物，所述烟嘧磺隆抗性提高的植物或微生物的烟嘧磺隆抗性高于所述目的植物或微生物。

37、进一步地，上述的方法中，所述植物或微生物为下述任一种：

38、c1)、单子叶植物；

39、c2)、禾本目植物；

40、c3)、禾本科植物；

41、c4)、野黍属植物；

42、c5)、野黍；

43、所述微生物为下述任一种：

44、d1)、肠杆菌科；

45、c2)、埃希氏菌属；

46、c3)、大肠杆菌。

47、本发明中，所述调控基因表达的物质可为进行如下6种调控中至少一种调控的物质：1)在所述基因转录水平上进行的调控；2)在所述基因转录后进行的调控(也就是对所述基因的初级转录物的剪接或加工进行的调控)；3)对所述基因的rna转运进行的调控(也就是对所述基因的mrna由细胞核向细胞质转运进行的调控)；4)对所述基因的翻译进行的调控；5)对所述基因的mrna降解进行的调控；6)对所述基因的翻译后的调控(也就是对所述基因翻译的蛋白质的活性进行调控)。

48、本发明中，b4)所述重组微生物具体可为酵母、细菌、藻类或真菌。所述细菌可为革兰氏阳性细菌或革兰氏阴性细菌。所述革兰氏阴性细菌可为根癌农杆菌(agrobacteriumtumefaciens)。所述根癌农杆菌(agrobacterium tumefaciens)具体可为根癌农杆菌eha105。

49、本发明中，b6)所述植物组织可来源于根、茎、叶、花、果实、种子、花粉、胚和花药。

50、本发明中，b7)所述转基因植物器官可为转基因植物的根、茎、叶、花、果实和种子。

51、本发明中，所述转基因植物细胞系、转基因植物组织和转基因植物器官可包括繁殖材料，也可不包括繁殖材料。

52、目前，玉米种植面积增加，烟嘧磺隆的用量增加，抗烟嘧磺隆杂草治理问题对玉米种植产业的影响越来越大。本发明的发明人通过引物设计、构建基因组文库，从野黍中发现了抗烟嘧磺隆相关als突变基因，为作物育种、除草剂开发、杂草抗性治理、开发多功能植物或微生物的研究提供重要的基因资源，并可用于培育抗烟嘧磺隆的转基因作物品种或转基因微生物，具有很高的应用价值。